宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不(bù)多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力字母圈什么意思 字母圈都是怎么找到的透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系(xì)的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾字母圈什么意思 字母圈都是怎么找到的森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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